射频合成信号源的设计_大学论文.doc

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1、第58页共58页引言本课题来源于深圳一家公司的科技协作项目，任务是研制短波、超短波通信设备的检测仪器。检测的内容较多，技术要求较高。分配给我的具体任务是研制一台数字频率合成信号源，输出频率范围：1～100MHz，频率分辨率：＜1Hz，输出电平范围：-30dBm~7dBm，并能实现AM、FM、FSK、PSK及BPSK等调制功能。仪器在单片微机控制下工作，且要求做成便携式，则体积、重量和功耗都要尽量地小。经数月的努力，通过多次方案修正和硬、软件设计与调试，现已完成上述设计要求，且还增加了：扫频、跳频输出功能和外部AM、FM调制功能，圆满地完成了这次毕业设计的任务。1主要参数指标及功能说明(

2、1)射频输出频率范围：1Hz~100MHz(2)射频输出电压：-30dBm~7dBm(3)频率分辨率：1Hz(4)输出阻抗：50Ω(5)射频AM内调制：调制频率1KHz，调制度30%(6)射频FM内调制：调制频率1KHz，频偏5KHz(7)PSK、FSK调制功能(8)扫频功能(9）跳频功能（10）外部AM、FM调制2方案论证2.1DDS合成芯片选择为了满足全部设计要求，选用一片最合理的DDS芯片极为重要。AD9852、AD9954的比较：两者都满足功能要求，但AD9954具有体积少、功耗仅有200MW显著优点，优选AD9954。2.2单片机与DDS芯片接口电路设计2.2.1采用单片机A

3、T89C55直接和DDS芯片AD9954接口，这样接口电路虽然简单、调试方便，但由于单片机AT89C55与AD9954是串行数据传输，由单片机AT89C55内部程序实现数据并串转换无法满足进行AM、FM调制数据传输速率。2.2.2在单片机AT89C55和DDS芯片AD9954之间采用CPLD芯片EPF7064做接口转接，单片机以并行数据传输，并行数据到串行数据的转换由EPF7064内部设计的硬件电路完成。2.3单片机其他外围电路第58页共58页为建立良好的人机交互能力，系统显示采用LCD液晶显示模块，与LED数码管显示来得更形象、更直接，可为用户大量的系统运行信息；要使系统具有可操作性

4、，系统采用自制4*4矩阵键盘，实现频率值输入、工作模式切换。2.4系统总体框图如图2.1在系统编程电路LCD显示A/DTLC0820CPLDEPF7064100M椭圆滤波器DDSAD9954232接口PC机键盘接口外调制信号输入信号调理微处理AT89C55合成信号输出控制线图2.1系统总体框图LCD用以显示信号频率和工作方式，单片机完成对外部信号的采样、运算、频率控制、与PC机接口、键盘数据接收、数据传输等功能，EPF7064主要完成由单片机并行数据到串行数据的转换，信号由AD9954合成经100M低通滤波器输出。当作AM、FM外调制时外调制信号由信号调理端输入，再经A/D转换由单片机

5、取回以一定的算法实现外信号调制。39954信号合成芯片3.1AD9954主要特性AD9954是ADI公司推出无线电频率(RF)的直接数字合成器。芯片的速度达400MHz而功耗不到以前产品的十分之一。它能使设计者采用DDS在功率敏感的应用中在更高频率输出进行快速跳频。DDS是一种在数字域中数字化产生和处理正弦波的技术，是需要超级频率灵活性，输出相位控制和极好相位噪音性能的理想技术。新型DDS器件是业界第一个时钟达到400MSPS的器件。合成信号达到高达160MHz，功耗200mW。以前DDS器件合成频率只有120MHz,而功耗却有2W。较低的功耗使设计者能在PCB上用多个芯片而无需考虑热

6、问题。该系列产品还有的特点是集成14位数模转换器(DAC)，片上随机存储器(RAM)，相位偏移和幅度控制以及多片同步。雷达系统和频移调制(FSK)通信应用现在增加了灵活性，能增加精确度，采用自动线性和非线性扫描功能来控制调谐和相位。第58页共58页特征总结如下：400MSPS内部时钟14位DAC32位调节字相位噪声小于等于-120DBc/Hz(1khz偏置DAC输出)极好的动态工作特性（在中心频率160MHZ正负100Khz偏移情况下有－80dBSFDR）　　串行I/O控制　　超高速模拟比较器　　自动线性、非线性扫频能力　　4个频率／相位偏移方式　　1.8Ｖ供电　　软硬件可控制掉电模式

7、　　内有1024字*32位RAM兼容5V逻辑输入　　PLL倍频器（4x-20x）内置有振荡器，只须单个晶体即可启动相位调制能力多片AD9954同步能力典型应用：卫星通信，宽带网络，雷达，测试和测量以及仪表。3.2内部结构与工作原理第58页共58页图3.1内部结构与工作原理3.3模块组成3.3.1DDS模块DDS输出频率f0是系统时钟（SYSCLK）、频率控制字、相位累加位数的函数。具体公式在下面已给出，其中fs表示系统时钟频率。通过COS（X）